Multiscale strukturer kvadratnetceller påtrykt Nanofibers for funktionelle overflader
Summary
Præsenteret er en nem metode til at fabrikere nano-micro multiscale strukturer, for funktionelle overflader, ved en sammenlægning af nanofibers opdigtet benytter en anodisk aluminiumoxid filter.
Abstract
Multiscale overfladen strukturer har tiltrukket sig stigende interesse på grund af flere potentielle anvendelser i overfladen enheder. Men en eksisterende udfordring i feltet er fabrikation af hybrid mikro-nano strukturer ved hjælp af en letkøbt, omkostningseffektive og høj overførselshastighed metode. For at overvinde disse udfordringer, foreslår dette papir en protokol til at fabrikere multiscale strukturer ved hjælp af kun et aftryk proces med en anodisk aluminiumoxid (AAO) filter og en fordampning selvstændig sammenlægning proces af nanofibers. I modsætning til tidligere forsøg, der har til formål at rette nanofibers, viser vi en unikke fabrikationsanlæg metode for multiscale aggregerede nanofibers med høj aspektforhold. Derudover blev overflade morfologi og befugtningen af disse strukturer på forskellige væsker undersøgt for at lette deres brug i multifunktionelle overflader.
Introduction
Nanoskala tekstureret strukturer såsom nanopartikler, nanorør og nanofibers har vakt opmærksomhed i det videnskabelige samfund, da de demonstrerer unikke egenskaber i forskellige programmer, herunder elektriske, biomedicinske, optisk og overflade ingeniør1,2,3,4,5,6,7,8. Især er nanofibers meget udbredt i elastisk og gennemsigtig elektroder9, wearable sensorer10,11, sammenkoblinger12,13og nano-optik applikationer 14. blandt de forskellige metoder til opdigte nanoskala strukturer, såsom sol-gel metoder, samlesæt, litografi, og replikering15,16,17,18, 19,20, direkte replikering ved hjælp af en skabelon er i øjeblikket betragtes som en lovende metode, fordi den er enkel, omkostningseffektiv og gælder for forskellige helbredes materialer21,22 , 23 , 24 , 25 , 26.
På grund af dens multiscale struktur har et stort antal nanoskala porer og mikro-skala højde, er AAO almindeligt anvendt som skabelon for fabrikation af nanofibers og nanorør med en høj skærmformat27,28,29 , 30. imidlertid på grund af overfladespænding på sådan en høj størrelsesforhold, nanofibers tendens til at nemt samle31,32,33. Eksisterende forskning har vist sig at nanofibers har et aspekt forholdet er større end 15:1 gør ikke stå oprejst men i stedet samle, mens dem, der har et forhold mindre end 5:1 er individuelt isoleret uden sammenlægning33,34. Kapillar kraft og overfladespænding spille en vigtig rolle ved fjernelse af alumina ved hjælp af en TIPkan, som er en af processerne under nanofiber fabrikation. Når størrelsesforholdet stiger, overfladespænding blandt nanofibers har tendens til at trække dem tættere på hinanden, forårsager sammenlægning. Flere studier har fokuseret på metoder til at forebygge sådanne sammenlægning35, som er især observeret i polymer og metalliske nanofibers. Blandt disse, kan hydrering af nanofiber overflade reducere byområdet, fordi når en flydende indtager mellemrum mellem nanofibers, nedsætter overfladespænding. Yderligere, den freeze-drying metode kan også reducere sammenlægning af faldende overfladespænding mellem nanofibers. Dog trods forskellige bestræbelser fortsat opretning af nanofibers med en høj formatforhold en udfordring.
Med henblik herpå rapporterer vi en unik metode til at opdigte multiscale strukturer af sammenfiltrede nanofiber ved at udnytte fænomenet sammenlægning på en positiv måde. Her, nanofiber struktur er præget ved hjælp af en AAO filter og polyurethan-acrylat (PUA)-Skriv harpikser med en viskositet på 257.4 cP. Efter UV nano aftryk litografi (UV-nul) udføres, ætset formen med en natriumhydroxidoploesning. For at karakterisere de foreslåede multiscale strukturer, undersøge vi mønster adfærd af prøven med aggregerede nanofibers og den overflade befugtningen efter korrekt overfladebehandling som belægning med en selvsamlede éncellelag og UV ozon behandling . Desuden foreslår vi, at den multiscale porøse overflade kan konverteres simpelthen til en glat overflade ved hjælp af et smøremiddel-infunderes proces.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det vigtigste skridt i fabrikation af den selvstændig aggregerede nanofiber forsamling er at sikre, at filteret sprødt AAO ikke bryder ved anvendelse af harpiks med gummi ruller. Faktisk bør det sikres, at filteret AAO ikke bryder på noget tidspunkt før trinnet ætsning. Fordi filteret AAO er 25 mm i diameter, er størrelsen af substratet ca 30 x 30 mm.
Den selvstændige aggregerede nanofiber forsamling tillader os at give forskellige funktionelle overflader gennem den korrekt overfladebe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette materiale er baseret på arbejde støttes af grundlæggende videnskab forskningsprogrammet gennem National Research Foundation af Korea (NRF) finansieret af Ministeriet for videnskab, IKT og fremtidige planlægning (NRF-2017R1A2B4008053) og ministeriet for handel, industri og energi ( MOTIE, Korea) under industriel teknologi Innovation Program No. 10052802 og Korea Institut for fremme af teknologi (KIAT) gennem programmet tilskyndelse til industrier af økonomisk samarbejde Region (N0002310).
Materials
| MINS 511RM | Minuta Tech | UV curable resin | |
| Octadecyltrichlorosilane (OTS) | Aldrich | Surface treatment | |
| Sodium oxidanide | SAMCHUN | Etching solution | |
| Anopore Inoganic Membranes | Whatman | 25mm/0.2µm | |
| MT-UV-A 47 | Meiji Techno | UV curing equipment | |
| UVC-30 | Jaesung Engineering | UVO treatment equipment | |
| Smart Drop Plus | FEMTOFAB | Contact angle measurement | |
| Fluorinert FC-70 | 3M | liquid mixture of completely fluorinated aliphatic compounds | |
| Polyethylene terephthalate film | Sunchem | Substrate | |
| Acetone (99.8%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Isopropyl alcohol (99.9%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Rubber roller | Hwahong | For application of resin | |
| Corning Stirring Hot Plates | Corning | Hot plate equipment (5" x 7") |
References
- Elghanian, R., Storhoff, J. J., Mucic, R. C., Letsinger, R. L., Mirkin, C. A. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science. 277, 1078-1081 (1997).
- Berdichevsky, Y., Lo, Y. H. Polypyrrole nanowire actuators. Advanced Materials. 18, 122-125 (2006).
- Mitchell, D. T., et al. Smart nanotubes for bioseparations and biocatalysis. Journal of the American Chemical Society. 124, 11864-11865 (2002).
- Nicewarner-Pena, S. R., et al. Submicrometer metallic barcodes. Science. 294, 137-141 (2001).
- Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U., Greiner, A., Wendorff, J. H. Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics. Polymers for Advanced Technologies. 16, 276-282 (2005).
- Baker, L. A., Jin, P., Martin, C. R. Biomaterials and biotechnologies based on nanotube membranes. Critical reviews in solid state and materials sciences. 30, 183-205 (2005).
- Xiang, H., et al. Block copolymers under cylindrical confinement. Macromolecules. 37, 5660-5664 (2004).
- Fei, G., et al. Electro-activated surface micropattern tuning for microinjection molded electrically conductive shape memory polyurethane composites. RSC Advances. 3, 24132-24139 (2013).
- Kim, K., et al. Stretchable and transparent electrodes based on in-plane structures. Nanoscale. 7, 14577-14594 (2015).
- Kim, J., et al. Wearable smart sensor systems integrated on soft contact lenses for wireless ocular diagnostics. Nature Communications. 8, 14997 (2017).
- Park, J., et al. Wearable, wireless gas sensors using highly stretchable and transparent structures of nanowires and graphene. Nanoscale. 8, 10591-10597 (2016).
- An, B. W., et al. High-resolution printing of 3D structures using an electrohydrodynamic inkjet with multiple functional inks. Advanced Materials. 27, 4322-4328 (2015).
- Kim, M., et al. Fully-integrated, bezel-less transistor arrays using reversibly foldable interconnects and stretchable origami substrates. Nanoscale. 8, 9504-9510 (2016).
- Zhao, Y. S., Zhan, P., Kim, J., Sun, C., Huang, J. Patterned growth of vertically aligned organic nanowire waveguide arrays. American Chemical Society Nano. 4, 1630-1636 (2010).
- Kuo, C. W., Shiu, J. Y., Chen, P. Size-and shape-controlled fabrication of large-area periodic nanopillar arrays. Chemistry of Materials. 15, 2917-2920 (2003).
- Lee, S. B., Koepsel, R., Stolz, D. B., Warriner, H. E., Russell, A. J. Self-assembly of biocidal nanotubes from a single-chain diacetylene amine salt. Journal of the American Chemical Society. 126, 13400-13405 (2004).
- Gibson, J. M. Reading and writing with electron beams. Physics Today. 50, 56-61 (1997).
- Kramer, N., Birk, H., Jorritsma, J., Schönenberger, C. Fabrication of metallic nanowires with a scanning tunneling microscope. Applied Physics Letters. 66, 1325-1327 (1995).
- Jiang, P., Bertone, J. F., Colvin, V. L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals. Science. 291, 453-457 (2001).
- Steinhart, M., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296, 1997 (2002).
- Hong, S. H., Hwang, J., Lee, H. Replication of cicada wing’s nano-patterns by hot embossing and UV nanoimprinting. Nanotechnology. 20, 385303 (2009).
- Han, K. S., Shin, J. H., Yoon, W. Y., Lee, H. Enhanced performance of solar cells with anti-reflection layer fabricated by nano-imprint lithography. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95, 288-291 (2011).
- Choo, S., Choi, H. J., Lee, H. Replication of rose-petal surface structure using UV-nanoimprint lithography. Materials Letters. 121, 170-173 (2014).
- Yu, Z., Chou, S. Y. Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication. Nano Letters. 4, 341-344 (2004).
- Hirai, Y., Harara, S., Isaka, S., Kobayashi, M., Tanaka, Y. Nano-Imprint lithography using replicated mold by Ni electroforming. Japanese Journal of Applied Physics. 41, 4186 (2002).
- Kim, J. H., Cho, Y. T., Jung, Y. G. Selection of absorptive materials for non-reflective wire grid polarizers. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 17, 903-908 (2016).
- St˛epniowski, W. J., Salerno, M. Fabrication of nanowires and nanotubes by anodic alumina template-assisted electrodeposition. Manufacturing Nanostructures. 12, 321-357 (2014).
- Sousa, C. T., et al. Nanoporous alumina as templates for multifunctional applications. Applied Physics Reviews. 1, 031102 (2014).
- Hong, S. H., Bae, B. J., Lee, H., Jeong, J. H. Fabrication of high density nano-pillar type phase change memory devices using flexible AAO shaped template. Microelectronic Engineering. 87, 2081-2084 (2010).
- Schwirn, K., et al. Self-ordered anodic aluminum oxide formed by H2SO4 hard anodization. American Chemical Society Nano. 2, 302-310 (2008).
- Lee, P. S., et al. Vertically aligned nanopillar arrays with hard skins using anodic aluminum oxide for nano imprint lithography. Chemistry of Materials. 17, 6181-6185 (2005).
- Lopes, M. C., de Oliveira, C. P., Pereira, E. C. Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires. Electrochimica Acta. 53, 4359-4369 (2008).
- Choi, M. K., Yoon, H., Lee, K., Shin, K. Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates. Langmuir. 27, 2132-2137 (2011).
- Kim, Y. S., Lee, K., Lee, J. S., Jung, G. Y., Kim, W. B. Nanoimprint lithography patterns with a vertically aligned nanoscale tubular carbon structure. Nanotechnology. 19, 365305 (2008).
- Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles. Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).
- Jeong, Y., et al. Fabrication of Nano-Micro Hybrid Structures by Replication and Surface Treatment of Nanowires. Crystals. , (2017).
